JP6538969B2 - Optical waveguide integrated light receiving element and method of manufacturing the same - Google Patents

Optical waveguide integrated light receiving element and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP6538969B2
JP6538969B2 JP2018513153A JP2018513153A JP6538969B2 JP 6538969 B2 JP6538969 B2 JP 6538969B2 JP 2018513153 A JP2018513153 A JP 2018513153A JP 2018513153 A JP2018513153 A JP 2018513153A JP 6538969 B2 JP6538969 B2 JP 6538969B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
optical waveguide
contact layer
light
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018513153A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2017183568A1 (en
Inventor
允洋 名田
允洋 名田
好史 村本
好史 村本
松崎　秀昭
秀昭 松崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication of JPWO2017183568A1 publication Critical patent/JPWO2017183568A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6538969B2 publication Critical patent/JP6538969B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

本発明は、光導波路と受光素子とが集積された光導波路集積受光素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical waveguide integrated light receiving element in which an optical waveguide and a light receiving element are integrated, and a method of manufacturing the same.

光通信における一般的な光レシーバは、通常、フォトダイオード（ＰＤ）またはアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）などの、入射した光を電流に変換する受光素子と、この受光素子が生じる光電流を増幅するトランスインピーダンスアンプとを有する。受光素子のうち、ＰＤの光電変換効率は、量子効率として１００％が上限となる。これに対してＡＰＤは、素子内において生じた光電子を、高電界下で加速することにより格子と衝突させ、イオン化させることによりキャリアを増幅する機能をもつ。このため、ＡＰＤでは１光子に対して複数のキャリアが出力されるため、ＡＰＤは量子変換効率として１００％を上回る感度を得ることが可能であり、高感度の光レシーバに適用される（非特許文献１）。   A general light receiver in optical communication usually amplifies a light current generated by the light receiving element, such as a light receiving element such as a photodiode (PD) or an avalanche photodiode (APD), which converts incident light into a current. And a transimpedance amplifier. Among the light receiving elements, the upper limit of the photoelectric conversion efficiency of PD is 100% as quantum efficiency. On the other hand, APD has a function of amplifying carriers by causing photoelectrons generated in the device to collide with the lattice by accelerating under high electric field and ionizing them. For this reason, since a plurality of carriers are output for one photon in APD, APD can obtain sensitivity exceeding 100% as quantum conversion efficiency, and is applied to a high sensitivity optical receiver (non-patented) Literature 1).

ＡＰＤにおいて一般的な構造は、素子の上面または下面（基板側）より光を入射する「垂直入射構造」である。ＡＰＤにおいて、受光感度と動作帯域は本質的にトレードオフの関係にある。すなわち、垂直入射構造の場合、受光感度を大きくするためには、光吸収層を厚くする必要があるが、このように光吸収層をより厚くすると、受光により光吸収層で生じた電子および正孔は、より大きい距離を走行する必要があるため、高い周波数領域での特性が低下してしまう。「垂直入射型」においては、特に受光感度と動作帯域のトレードオフが顕著になる。   A common structure in APD is a "normal incidence structure" in which light is incident from the upper or lower surface (substrate side) of the element. In the APD, the light receiving sensitivity and the operating band are essentially in a trade-off relationship. That is, in the case of the vertical incidence structure, in order to increase the light receiving sensitivity, it is necessary to make the light absorbing layer thicker, but if the light absorbing layer is made thicker like this, electrons generated in the light absorbing layer due to light reception and positive The holes have to travel a greater distance, which reduces their performance at high frequencies. In the “normal incidence type”, particularly, the trade-off between the light receiving sensitivity and the operating band becomes significant.

上述したトレードオフを緩和する目的で、「光導波路型」のＡＰＤが提案されている（非特許文献２）。光導波路型ＡＰＤでは、光吸収層における光波の進行方向は、結晶成長方向、およびキャリアの輸送方向に対して垂直となる。このように光導波路型ＡＰＤにおいては、キャリアの輸送距離と光吸収層における光波の侵入長が独立であるため、垂直入射型で見られる受光感度と動作帯域のトレードオフは大きく緩和される。このような光導波路型の特徴は、ＡＰＤに限らずＰＤにおいても有用であるため、高速高感度性が要求されるＰＤにおいては、光導波路型が用いられている。   For the purpose of alleviating the above-mentioned trade-off, an "optical waveguide type" APD has been proposed (Non-Patent Document 2). In the optical waveguide type APD, the traveling direction of the light wave in the light absorption layer is perpendicular to the crystal growth direction and the carrier transport direction. As described above, in the optical waveguide type APD, since the transport distance of the carrier and the penetration length of the light wave in the light absorption layer are independent, the trade-off between the light receiving sensitivity and the operation band observed in the vertical incidence type is greatly eased. Such features of the optical waveguide type are useful not only for APDs but also for PDs, and therefore optical waveguide types are used for PDs that require high speed and high sensitivity.

光導波路型の受光素子においては、信号光が光導波路を伝搬した後、最終的には光吸収層へ入射されるよう、光導波路と光吸収層との光結合が実現される必要がある。この光結合を実現するためには、いくつかの方法が提案されている。例えば「バット結合型」においては、光導波路と光吸収層とを互いに突き合わせることによって、光導波路と光吸収層との光結合を実現している（非特許文献３参照）。バット結合型においては、高い結合効率を得ることができるが、光吸収層と光導波路の光結合界面近傍において、急峻な光吸収による電流集中が生じる懸念がある。これに対し、光導波路と光吸収層を空間的に分離し、光導波路と光吸収層の間の材料系を適切に設計することにより、エバネッセント波の伝搬を利用して、光導波路と光吸収層との光結合を実現する「エバネッセント結合型」がある。エバネッセント結合型によれば、バット結合型と比較して光電流の集中は緩和することができる。   In the optical waveguide type light receiving element, it is necessary to realize optical coupling between the optical waveguide and the light absorption layer so that the signal light is finally transmitted to the light absorption layer after propagating through the optical waveguide. Several methods have been proposed to realize this light coupling. For example, in the “butt coupling type”, optical coupling between the optical waveguide and the light absorbing layer is realized by bringing the optical waveguide and the light absorbing layer into contact with each other (see Non-Patent Document 3). In the butt coupling type, high coupling efficiency can be obtained, but there is a concern that current concentration may occur due to abrupt light absorption in the vicinity of the light coupling interface between the light absorption layer and the optical waveguide. On the other hand, by spatially separating the optical waveguide and the light absorption layer and appropriately designing the material system between the optical waveguide and the light absorption layer, the optical waveguide and the light absorption are utilized by utilizing the propagation of the evanescent wave. There is an "evanescent coupling type" that realizes optical coupling with a layer. According to the evanescent coupling type, concentration of photocurrent can be alleviated as compared to the butt coupling type.

ところで、ＡＰＤを実際の光レシーバに適用するべく、長期間にわたる動作の信頼性を確保しようとした場合、ＡＰＤの素子側面に電界を生じさせないことが重要になる（非特許文献４参照）。これは、一般的なＰＤと異なり、ＡＰＤにおいては素子内部に非常に高い電界を生じさせることと関連する。一般的なＰＤにおいては、動作電圧は３Ｖ程度であり、素子内における電界強度は、キャリアが飽和速度に到達する数１０ｋＶ／ｃｍ程度であればよい。By the way, when it is going to ensure the reliability of operation over a long period of time in order to apply APD to an actual optical receiver, it becomes important not to generate an electric field in the element side of APD (refer to nonpatent literature 4). This is related to the generation of a very high electric field inside the device in APD, unlike general PD. In a general PD, the operating voltage is about 3 V, and the electric field strength in the element may be about several tens of kV / cm at which the carrier reaches the saturation velocity.

一方、ＡＰＤの場合には、大きい動作電圧範囲を確保し、かつ高い利得で動作させようとした場合には、光吸収層には２−３００ｋＶ／ｃｍ、増倍層には６００ｋＶ／ｃｍ以上の電界が生じる。ＡＰＤの素子側面にこのような強い電界が生じた場合、素子側面での材料劣化に伴う信頼性の低下が問題となる。従って、ＡＰＤにおいては、実用上、電界を素子内部に閉じ込めることは必要条件であり、この目的のため、反転型ＡＰＤやプレーナ型ＡＰＤが提案されている（非特許文献５、非特許文献６参照）。   On the other hand, in the case of APD, when securing a large operating voltage range and operating with high gain, 2-300 kV / cm for the light absorption layer and 600 kV / cm or more for the multiplication layer. An electric field is generated. When such a strong electric field is generated on the device side of the APD, the reduction in reliability due to the material deterioration on the device side becomes a problem. Therefore, in APD, it is a necessary condition to confine an electric field inside the device for practical use, and for this purpose, an inverted APD and a planar APD have been proposed (see Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6). ).

J. C. Campbell, "Recent Advances in Telecommunications Avalanche Photodiodes", Journal of Lightwave Technology, vol.25, no.1, pp.109-121, 2007.J. C. Campbell, "Recent Advances in Telecommunications Avalanche Photodiodes", Journal of Lightwave Technology, vol. 25, no. 1, pp. 109-121, 2007. N. Yasuoka et al., "High-speed and high-efficiency InP/InGaAs waveguide avalanche photodiodes for 40 Gbit/s transmission systems", Optical Fiber Communication Conference 2004, vol.25, TuM2, 2004.N. Yasuoka et al., "High-speed and high-efficiency InP / InGaAs waveguide photodiodes for 40 Gbit / s transmission systems", Optical Fiber Communication Conference 2004, vol.25, TuM2, 2004. K. Kato et al., "22GHz Photodiode Monolithically Integrated with Optical Waveguide on Semi-Insulating InP using Novel Bult-Joint Structure", Electronics Letters, vol.28, no.12, pp.1140-1142, 1992.K. Kato et al., "22 GHz Photodiode Monolithically Integrated with Optical Waveguide on Semi-Insulating InP using Novel Bult-Joint Structure", Electronics Letters, vol. 28, no. 12, pp. 1140-1142, 1992. H. Sudo and M. Suzuki, "Surface Degradation Mechanism of InP/InGaAs APD's", Journal of Lightwave Technology, vol.6, no.10, pp.1496-1501, 1988.H. Sudo and M. Suzuki, "Surface Degradation Mechanism of InP / InGaAs APD's", Journal of Lightwave Technology, vol. 6, no. 10, pp. 1496-1501, 1988. M. Nada, Y. Muramoto, H. Yokoyama, T. Ishibashi, and H. Matsuzaki, "Triple-mesa Avalanche Photodiode With Inverted P-Down Structure for Reliability and Stability", Journal of Lightwave Technology, vol.32, no.8, pp.1543-1548, 2014.M. Nada, Y. Muramoto, H. Yokoyama, T. Ishibashi, and H. Matsuzaki, "Triple-mesa Avalanche Photodiode With Inverted P-Down Structure for Reliability and Stability", Journal of Lightwave Technology, vol. 32, no. 8, pp. 1543-1548, 2014. E. Yagyu et al., "Simple Planar Structure for High-Performance AlInAs Avalanche Photodiodes", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol.18, no.1, pp.76-78, 2006.E. Yagyu et al., "Simple Planar Structure for High-Performance AlInAs Avalanche Photodiodes", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 18, no. 1, pp. 76-78, 2006. M. Nada, T. Hoshi, H. Yamazaki, T. Hashimoto, and H. Matsuzaki, "Linearity improvement of high-speed avalanche photodiodes using thin depleted absorber operating with higher order modulation format", Optics Express, vol.23, no.21, pp.27715-27723, 2015.M. Nada, T. Hoshi, H. Yamazaki, T. Hashimoto, and H. Matsuzaki, "Linearity improvement of high-speed avalanche photodiodes using thin depleted absorbers operating with higher order modulation format", Optics Express, vol. 23, no .21, pp.27715-27723, 2015.

しかしながら上述したように、ＡＰＤにおいて電界を素子内部に閉じ込める構造とし、これに高速高感度化のために光導波路型を適用した場合には、損失が発生することになる。この点について図５を用いて以下に説明する。図５は、電界を素子内部に閉じ込める構造（反転型）を有するＡＰＤに、光導波路を組み合わせた光導波路型の受光素子の構成を示す断面図である。この例では、エバネッセント波の伝搬による光結合を前提としている。   However, as described above, in the case where the APD has a structure in which the electric field is confined inside the device and the optical waveguide type is applied thereto for high speed and high sensitivity, a loss occurs. This point will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical waveguide type light receiving element in which an optical waveguide is combined with an APD having a structure (inversion type) for confining an electric field inside the element. In this example, optical coupling by propagation of an evanescent wave is assumed.

この受光素子は、基板５０１の上に、光導波路５０２が形成され、光導波路５０２の上に、ｐ型コンタクト層５０３、光吸収層５０４、ｐ型電界制御層５０５、増倍層５０６、ｎ型電界制御層５０７、電子走行層５０８、ｎ型コンタクト層５０９が形成されている。光導波路５０２は、シリコンなど半導体から構成されたコア５２１とクラッド５２２などを備える。光導波路５０２においては、図５の紙面左右方向に信号光が導波する。光導波路５０２と光吸収層５０４との光結合は、エバネッセント波の伝搬によって実現される。なお、ｐ型コンタクト層５０３に接続する電極、およびｎ型コンタクト層５０９に接続する電極は省略して図示していない。   In the light receiving element, an optical waveguide 502 is formed on a substrate 501, and a p-type contact layer 503, a light absorption layer 504, a p-type electric field control layer 505, a multiplication layer 506, and an n-type are formed on the optical waveguide 502. An electric field control layer 507, an electron transit layer 508, and an n-type contact layer 509 are formed. The optical waveguide 502 includes a core 521 made of a semiconductor such as silicon, a clad 522, and the like. In the optical waveguide 502, signal light is guided in the left and right direction in the drawing of FIG. Optical coupling between the optical waveguide 502 and the light absorption layer 504 is realized by the propagation of an evanescent wave. Note that an electrode connected to the p-type contact layer 503 and an electrode connected to the n-type contact layer 509 are not shown.

ここで、ｎ型コンタクト層５０９は、平面視で、電子走行層５０８のメサおよび光吸収層５０４を含むメサより小さい面積に形成されている。このように、平面視でｎ型コンタクト層５０９を他の層より小く形成することにより電界が閉じ込められており、平面視でｎ型コンタクト層５０９の周囲の周囲領域５１０には電界が生じていない。この構成により、光吸収層５０４において、周囲領域５１０での光吸収により生じたフォトキャリアは、ドリフト移動することはなく、ＡＰＤの動作上有効なキャリア（有効キャリア）にはならず、単純に光―電気変換上の損失として振る舞う。本構造においては、光吸収層５０４の内、ｎ型コンタクト層５０９の真下の領域内において生じたフォトキャリアのみが有効キャリアとして振る舞う。   Here, the n-type contact layer 509 is formed to have an area smaller than that of the mesa including the electron transit layer 508 and the light absorption layer 504 in plan view. As described above, the electric field is confined by forming the n-type contact layer 509 smaller than the other layers in plan view, and an electric field is generated in the peripheral region 510 around the n-type contact layer 509 in plan view. Absent. With this configuration, in the light absorption layer 504, photo carriers generated by light absorption in the surrounding region 510 do not drift and do not become effective carriers (effective carriers) for the operation of the APD, and light is simply generated. -Act as a loss on electrical conversion. In this structure, only the photocarriers generated in the region directly below the n-type contact layer 509 in the light absorption layer 504 behave as effective carriers.

電界閉じ込め構造においては、電界の印加されない周辺領域５１０の存在により、光導波路５０２からコンタクト層５０３を介して光吸収層５０４に入射した全ての光が光電変換に利用るとは限らない。ここで、光導波路５０２から光吸収層５０４に入射した光は、光導波路５０２にとっては導波損失となるが、この全てが光電変換されれば、全体として損失とはならない。これに対し、上述したように、周辺領域の存在により全てが光電変換に利用されるとはいえない状態では、全体として損失が発生することになる。   In the electric field confinement structure, due to the presence of the peripheral region 510 to which the electric field is not applied, not all light incident on the light absorption layer 504 from the optical waveguide 502 via the contact layer 503 is used for photoelectric conversion. Here, the light incident on the light absorption layer 504 from the optical waveguide 502 is a waveguide loss for the optical waveguide 502, but if all of this is photoelectrically converted, it is not a loss as a whole. On the other hand, as described above, in the state where it can not be said that everything is used for photoelectric conversion due to the presence of the peripheral region, a loss will occur as a whole.

上述した損失は、ＡＰＤの素子部として反転型ＡＰＤを用いた場合のみならず、プレーナ型ＡＰＤを用いた場合であっても、電界閉じ込めを可能とする構造を有する限り生じうる損失であり、光導波路型ＡＰＤの高感度化を困難にする要因となる。また、光導波路型ＡＰＤの感度を向上させようと、電界閉じ込め構造を用いない場合は、信頼性の確保が困難となる。   The above-mentioned loss is a loss that can occur as long as it has a structure that enables electric field confinement even when using an inverted APD as the element part of the APD, but also when using a planar APD. It becomes a factor that makes it difficult to increase the sensitivity of the waveguide APD. In addition, in order to improve the sensitivity of the optical waveguide type APD, it is difficult to secure the reliability when the electric field confinement structure is not used.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電界閉じ込め構造の光導波路型フォトダイオードにおける損失の抑制を目的とする。   The present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to suppress loss in an optical waveguide type photodiode having an electric field confinement structure.

本発明に係る光導波路集積受光素子は、第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層と、第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層と、化合物半導体から構成されて第１コンタクト層と第２コンタクト層との間に形成された光吸収層と、化合物半導体から構成されて、第１コンタクト層および第２コンタクト層のいずれか１つと光吸収層との間に形成された増倍層と、第２コンタクト層の光吸収層が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が光吸収層の平面に平行な方向とされて、第２コンタクト層に光学的に結合する光導波路とを備え、第２コンタクト層は、平面視で光吸収層より小さい面積とされて、平面視で光吸収層の内側に配置されている。   The optical waveguide integrated light-receiving device according to the present invention comprises a first contact layer made of a compound semiconductor of a first conductivity type, a second contact layer made of a compound semiconductor of a second conductivity type, and a compound semiconductor A light absorption layer formed between the first contact layer and the second contact layer, and a compound semiconductor, and between the light absorption layer and any one of the first contact layer and the second contact layer The second contact layer is disposed on the side opposite to the side on which the light absorption layer is disposed of the formed multiplication layer and the second contact layer, and the waveguide direction is parallel to the plane of the light absorption layer. An optical waveguide optically coupled to the layer is provided, and the second contact layer has an area smaller than the light absorption layer in plan view, and is disposed inside the light absorption layer in plan view.

上記光導波路集積受光素子において、第２コンタクト層の、光吸収層が配置されている側に接して形成された第２導電型の光マッチング層を備え、光マッチング層の不純物濃度は、第２コンタクト層の不純物濃度以下とされているようにしてもよい。   The optical waveguide integrated light receiving element includes a second conductive type light matching layer formed in contact with a side of the second contact layer on which the light absorption layer is disposed, and the impurity concentration of the light matching layer is The concentration may be lower than the impurity concentration of the contact layer.

上記光導波路集積受光素子において、第１コンタクト層、第２コンタクト層、光吸収層、増倍層を備える受光素子の側部を覆うパッシベーション層を備え、パッシベーション層は、受光素子を構成する半導体より小さい屈折率とされているようにするとよい。   The optical waveguide integrated light receiving device comprises a passivation layer covering the side of the light receiving device including a first contact layer, a second contact layer, a light absorption layer, and a multiplication layer, and the passivation layer is formed of a semiconductor forming the light receiving device. It is good to make it a small refractive index.

本発明に係る光導波路集積受光素子の製造方法は、第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層と、第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層と、化合物半導体から構成されて第１コンタクト層と第２コンタクト層との間に形成された光吸収層と、化合物半導体から構成されて第１コンタクト層および第２コンタクト層のいずれか１つと光吸収層との間に形成された増倍層とを備え、第２コンタクト層が、平面視で光吸収層より小さい面積とされて光吸収層の内側に配置されている受光素子を基板の上に作製する第１工程と、光導波路を備える光導波路基板を作製する第２工程と、基板と光導波路基板とをウエハ接合し、光導波路が、第２コンタクト層の光吸収層が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が光吸収層の平面に平行な方向とされて第２コンタクト層に光結合する状態とする第３工程とを備える。
A manufacturing method of an optical waveguide integrated light receiving element according to the present invention comprises a first contact layer made of a compound semiconductor of a first conductivity type, a second contact layer made of a compound semiconductor of a second conductivity type, and a compound semiconductor And a light absorption layer formed between the first contact layer and the second contact layer, and a compound semiconductor, and any one of the first contact layer and the second contact layer and the light absorption layer Forming a light receiving element on the substrate, the light receiving element having a multiplication layer formed between the second contact layer and the second contact layer having an area smaller than the light absorption layer in plan view and disposed inside the light absorption layer One step, the second step of producing an optical waveguide substrate having an optical waveguide, and wafer bonding of the substrate and the optical waveguide substrate, the optical waveguide being on the side of the second contact layer on which the light absorbing layer is disposed Placed on the opposite side, And a third step of the wave direction is a state of light coupled to the second contact layer is a direction parallel to the plane of the light absorbing layer.

以上説明したように、本発明によれば、光導波路の側に配置される第２コンタクト層は、平面視で光吸収層より小さい面積とされて光吸収層の内側に配置されているようにしたので、電界閉じ込め構造の光導波路型フォトダイオードにおける損失が抑制できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the second contact layer disposed on the side of the optical waveguide has an area smaller than that of the light absorption layer in plan view and is disposed inside the light absorption layer. Thus, the excellent effect of suppressing the loss in the optical waveguide type photodiode of the electric field confinement structure can be obtained.

図１Ａは、本発明の実施の形態１における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of an optical waveguide integrated light receiving element in Embodiment 1 of the present invention. 図１Ｂは、本発明の実施の形態１における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the optical waveguide integrated light receiving element in the first embodiment of the present invention. 図１Ｃは、本発明の実施の形態１における光導波路集積受光素子の一部構成を示す平面図である。FIG. 1C is a plan view showing a partial configuration of the optical waveguide integrated light receiving element in Embodiment 1 of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態２における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the integrated light receiving device of the optical waveguides according to the second embodiment of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態３における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the integrated light receiving device of the optical waveguide in the third embodiment of the present invention. 図４は、本発明の実施の形態４における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of an integrated light receiving device of an optical waveguide according to a fourth embodiment of the present invention. 図５は、従来の光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional optical waveguide integrated light receiving element.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを用いて説明する。図１Ａ，図１Ｂは、本発明の実施の形態１における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。図１Ｃは、本発明の実施の形態１における光導波路集積受光素子の一部構成を示す平面図である。図１Ａは、図１Ｃのａａ’線の断面を示し、図１Ｂは、図１Ｃのｂｂ’線の断面を示している。First Embodiment
First, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 1C. FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing the configuration of the integrated light receiving device of the optical waveguide according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1C is a plan view showing a partial configuration of the optical waveguide integrated light receiving element in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows a cross section taken along line aa ′ of FIG. 1C, and FIG. 1B shows a cross section taken along line bb ′ of FIG. 1C.

この光導波路集積受光素子は、まず、第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層１０１と、第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層１０２とを備える。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層１０１と第２コンタクト層１０２との間に形成された光吸収層１０３を備える。光吸収層１０３は、化合物半導体から構成される。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層１０１と第２コンタクト層１０２との間に形成された増倍層１０４を備える。増倍層１０４は、化合物半導体から構成される。実施の形態１における受光素子では、増倍層１０４は、第１コンタクト層１０２と光吸収層１０３との間に形成されている。なお、図１では、第１コンタクト層１０１に接続する電極、および第２コンタクト層１０２に接続する電極は省略して図示していない。   First, the optical waveguide integrated light receiving element includes a first contact layer 101 made of a compound semiconductor of a first conductivity type and a second contact layer 102 made of a compound semiconductor of a second conductivity type. In addition, the optical waveguide integrated light receiving element includes the light absorption layer 103 formed between the first contact layer 101 and the second contact layer 102. The light absorption layer 103 is made of a compound semiconductor. In addition, the optical waveguide integrated light receiving element includes a multiplication layer 104 formed between the first contact layer 101 and the second contact layer 102. The multiplication layer 104 is made of a compound semiconductor. In the light receiving element in the first embodiment, the multiplication layer 104 is formed between the first contact layer 102 and the light absorption layer 103. Note that, in FIG. 1, an electrode connected to the first contact layer 101 and an electrode connected to the second contact layer 102 are not shown in the figure.

また、この光導波路集積受光素子は、第２コンタクト層１０２の光吸収層１０３が配置されている側とは反対側に配置され、第２コンタクト層１０２に光学的に結合する光導波路１０５を備える。光導波路１０５の導波方向は、光吸収層１０３の主表面の平面に平行とされている。実施の形態１において、光導波路１０５は、リッジ型のコア１５１とクラッド１５２とを備える。図１Ｃでは、クラッド１５２を省略して図示していない。ここで、図１Ａは、光導波路１０５の導波方向に平行な平面の断面を示している。また、図１Ｂは、光導波路１０５の導波方向に垂直な断面を示している。   In addition, this optical waveguide integrated light receiving element is provided on the side opposite to the side on which the light absorbing layer 103 of the second contact layer 102 is arranged, and includes an optical waveguide 105 optically coupled to the second contact layer 102. . The waveguide direction of the optical waveguide 105 is parallel to the plane of the main surface of the light absorption layer 103. In the first embodiment, the optical waveguide 105 includes a ridge type core 151 and a cladding 152. In FIG. 1C, the cladding 152 is omitted and not shown. Here, FIG. 1A shows a cross section of a plane parallel to the waveguide direction of the optical waveguide 105. Further, FIG. 1B shows a cross section perpendicular to the waveguide direction of the optical waveguide 105.

上述した構成において、実施の形態１では、第２コンタクト層１０２が、平面視で光吸収層１０３より小さい面積とされて、平面視で光吸収層１０３の内側に配置されている。言い換えると、各層の主表面の平面に平行な面の法線方向から見て、第２コンタクト層１０２が、光吸収層１０３より小さい面積とされて光吸収層１０３の内側に配置されていればよい。実施の形態１における受光素子は、第２コンタクト層１０２を上述したように配置することにより電界閉じ込め効果を得ており、平面視の第２コンタクト層１０２の面積により、実効的な動作面積が支配されている。   In the configuration described above, in the first embodiment, the second contact layer 102 has an area smaller than that of the light absorption layer 103 in plan view, and is disposed inside the light absorption layer 103 in plan view. In other words, if the second contact layer 102 has an area smaller than the light absorption layer 103 and is disposed inside the light absorption layer 103 when viewed from the normal direction of the plane parallel to the plane of the main surface of each layer. Good. The light receiving element in the first embodiment obtains the electric field confinement effect by arranging the second contact layer 102 as described above, and the effective operating area is dominated by the area of the second contact layer 102 in plan view. It is done.

なお、増倍層１０４は、第１導電型の電界制御層１１３と第２導電型の電界制御層１１４とに、積層方向に挟まれている。また、増倍層１０４（電界制御層１１３）と第１コンタクト層１０１との間には、電子走行層１１２が形成されている。上述した各層は、基板１１１の上に積層されている。第１コンタクト層１０１、電子走行層１１２、電界制御層１１３、増倍層１０４、電界制御層１１４、光吸収層１０３、第２コンタクト層１０２により、受光素子を構成している。   The multiplication layer 104 is sandwiched between the electric field control layer 113 of the first conductivity type and the electric field control layer 114 of the second conductivity type in the stacking direction. In addition, an electron transit layer 112 is formed between the multiplication layer 104 (electric field control layer 113) and the first contact layer 101. The layers described above are stacked on the substrate 111. A light receiving element is configured by the first contact layer 101, the electron transit layer 112, the electric field control layer 113, the multiplication layer 104, the electric field control layer 114, the light absorption layer 103, and the second contact layer 102.

なお、図１Ｃに示すように、平面視で、光吸収層１０３のメサは、増倍層１０４を含む電子走行層１１２、電界制御層１１３、電界制御層１１４からなるメサより、小さい面積とされている。また、前述したように、平面視で、第２コンタクト層１０２のメサは、光吸収層１０３のメサより小さい面積とされている。   As shown in FIG. 1C, in plan view, the mesa of the light absorption layer 103 has a smaller area than the mesa formed of the electron transit layer 112 including the multiplication layer 104, the electric field control layer 113, and the electric field control layer 114. ing. Further, as described above, in plan view, the mesa of the second contact layer 102 is smaller in area than the mesa of the light absorption layer 103.

例えば、基板１１１は、ＩｎＰから構成されている。第１コンタクト層１０１は、ｎ型の不純物がドープされたＩｎＡｌＧａＡｓ（ｎ−ＩｎＡｌＧａＡｓ）から構成されている。第２コンタクト層１０２は、ｐ型の不純物がドープされたＩｎＰ（ｐ−ＩｎＰ）から構成されている。光吸収層１０３は、対象とする光を吸収する組成とされたＩｎＧａＡｓから構成されている。増倍層１０４は、ＩｎＡｌＡｓから構成されている。この実施の形態１では、第１導電型はｎ型となり、第２導電型はｐ型となる。この構成の場合、増倍層１０４は、光吸収層１０３と第１コンタクト層１０１との間に配置される。   For example, the substrate 111 is made of InP. The first contact layer 101 is made of InAlGaAs (n-InAlGaAs) doped with n-type impurities. The second contact layer 102 is made of InP (p-InP) doped with p-type impurities. The light absorption layer 103 is made of InGaAs of a composition that absorbs light of interest. The multiplication layer 104 is made of InAlAs. In the first embodiment, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. In this configuration, the multiplication layer 104 is disposed between the light absorption layer 103 and the first contact layer 101.

また、電子走行層１１２は、ＩｎＰから構成されている。電界制御層１１３は、ｎ型の不純物がドープされたＩｎＡｌＡｓ（ｎ−ＩｎＡｌＡｓ）から構成されている。電界制御層１１４は、ｐ型の不純物がドープされたＩｎＡｌＡｓ（ｐ−ＩｎＡｌＡｓ）から構成されている。コア１５１はシリコンから構成され、クラッド１５２は、酸化シリコンから構成されている。   The electron transit layer 112 is made of InP. The electric field control layer 113 is made of InAlAs (n-InAlAs) doped with n-type impurities. The electric field control layer 114 is made of InAlAs (p-InAlAs) doped with p-type impurities. The core 151 is made of silicon, and the cladding 152 is made of silicon oxide.

上述した光導波路集積受光素子を作製するには、まず、例えば、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法などにより、上述した各化合物半導体を基板１１１の上に結晶成長して積層する。次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により各メサ形状にパターニングすることで、受光素子が作製できる。また、別に、光導波路１０５を導波路基板に作製しておき、この導波路基板と受光素子とを貼りあわせる（ウエハ接合）ことで、実施の形態１における光導波路集積受光素子が得られる。   In order to manufacture the optical waveguide integrated light receiving device described above, first, crystal growth of each compound semiconductor described above is performed on the substrate 111 by, for example, a well-known metalorganic vapor phase epitaxy method or molecular beam epitaxy method. Stack. Next, the light receiving element can be manufactured by patterning each mesa shape by known lithography technology and etching technology. Further, separately, the optical waveguide 105 is manufactured on a waveguide substrate, and the waveguide substrate and the light receiving element are bonded (wafer bonding) to obtain the optical waveguide integrated light receiving element in the first embodiment.

上記構成とした実施の形態１における光導波路集積受光素子は、いわゆる「エバネッセント結合型」の受光素子であり、光導波路１０５を通過する入力信号光は、光導波路１０５と第２コンタクト層１０２との間で生じるエバネッセント波となって第２コンタクト層１０２を伝搬し、光吸収層１０３に伝搬され吸収される。光吸収層１０３において生じたフォトキャリアの内、正孔は第２コンタクト層１０２に流れ、電子は増倍層１０４におけるアバランシェ増倍を経て第１コンタクト層１０１に到達する。   The optical waveguide integrated light receiving element in the first embodiment configured as described above is a so-called "evanescent coupling type" light receiving element, and the input signal light passing through the optical waveguide 105 is the light waveguide 105 and the second contact layer 102. It becomes an evanescent wave generated between the light and propagates through the second contact layer 102, and is propagated and absorbed by the light absorption layer 103. Among the photocarriers generated in the light absorption layer 103, holes flow to the second contact layer 102, and electrons pass through avalanche multiplication in the multiplication layer 104 to reach the first contact layer 101.

実施の形態１においては、光導波路１０５と受光素子との光学的な結合点は、受光素子側において電界閉じ込めの効果を担う第２コンタクト層１０２となる。光導波路１０５は、光吸収層１０３とは空間的に分離されており、光導波路１０５が光吸収層１０３と光学的に直接結合することは無く、電界閉じ込めの効果を担う第２コンタクト層１０２を介してのみ光学的に結合する。   In the first embodiment, the optical coupling point between the optical waveguide 105 and the light receiving element is the second contact layer 102 having the effect of electric field confinement on the light receiving element side. The optical waveguide 105 is spatially separated from the light absorption layer 103, and the optical waveguide 105 does not optically couple directly with the light absorption layer 103, and the second contact layer 102 responsible for the effect of electric field confinement is The optical coupling is only through.

上述した構成としているため、実施の形態１では、電界閉じ込め効果を考慮したアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）の素子構造であっても、動作領域（第２コンタクト層１０２形成領域または第２コンタクト層１０２の真下の領域）以外の領域の光吸収層１０３で光吸収が生じることは無い。また、光導波路１０５を通過する入力信号光の一部は、第２コンタクト層１０２をエバネッセント波となって伝搬し、光吸収層１０３に入射されて光吸収され、これにより生じた全てのフォトキャリアが、有効キャリアとして振る舞うことになる。   Because of the above-described configuration, in the first embodiment, even in the element structure of the avalanche photodiode (APD) in consideration of the electric field confinement effect, the active region (the second contact layer 102 formation region or the second contact layer 102 Light absorption does not occur in the light absorbing layer 103 in the region other than the region directly below. Further, part of the input signal light passing through the optical waveguide 105 propagates as an evanescent wave in the second contact layer 102, is incident on the light absorption layer 103, is absorbed by light, and all photocarriers generated thereby are generated. Will act as an effective career.

上述したことにより、実施の形態１によれば、高速高感度でありながら、信頼性を確保できるＡＰＤが実現される。なお、実施の形態１では、光導波路１０５としてリッジ型光導波路を例示し、ＡＰＤ素子として多段メサ構造のＡＰＤを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、光導波路はリブ型やスラブ型光導波路を用いてもよい。またＡＰＤとしては、多段メサ構造に限定されるものではなく、イオン注入や選択拡散による選択ドーピングを用いた構造としてもよい。   As described above, according to the first embodiment, an APD capable of securing reliability while achieving high speed and high sensitivity is realized. In the first embodiment, a ridge-type optical waveguide is illustrated as the optical waveguide 105 and an APD having a multistage mesa structure is illustrated as the APD element. However, the present invention is not limited to this. For example, the optical waveguide may use a rib type or a slab type optical waveguide. The APD is not limited to the multistage mesa structure, and may have a structure using selective doping by ion implantation or selective diffusion.

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態２における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the integrated light receiving device of the optical waveguide in the second embodiment of the present invention.

この光導波路集積受光素子は、まず、第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層２０１と、第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層２０２とを備える。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層２０１と第２コンタクト層２０２との間に形成された光吸収層２０３を備える。光吸収層２０３は、化合物半導体から構成される。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層２０１と第２コンタクト層２０２との間に形成された増倍層２０４を備える。増倍層２０４は、化合物半導体から構成される。実施の形態２における受光素子では、増倍層２０４は、第１コンタクト層２０２と光吸収層２０３との間に形成されている。   First, the optical waveguide integrated light receiving element includes a first contact layer 201 made of a compound semiconductor of a first conductivity type and a second contact layer 202 made of a compound semiconductor of a second conductivity type. In addition, the optical waveguide integrated light receiving element includes a light absorption layer 203 formed between the first contact layer 201 and the second contact layer 202. The light absorption layer 203 is made of a compound semiconductor. The optical waveguide integrated light receiving element further includes a multiplication layer 204 formed between the first contact layer 201 and the second contact layer 202. The multiplication layer 204 is composed of a compound semiconductor. In the light receiving element in the second embodiment, the multiplication layer 204 is formed between the first contact layer 202 and the light absorption layer 203.

また、この光導波路集積受光素子は、第２コンタクト層２０２の、光吸収層２０３が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が光吸収層２０３の主表面の平面に平行な方向とされて、第２コンタクト層２０２に光学的に結合する光導波路２０５を備える。実施の形態２において、光導波路２０５は、光導波路基板２２０に形成され、リブ型のコア２２３とクラッド２２４とを備える。図２は、光導波路２０５の導波方向に垂直な断面を示している。   Further, this optical waveguide integrated light receiving element is disposed on the side opposite to the side on which the light absorption layer 203 is disposed of the second contact layer 202, and the waveguide direction is parallel to the plane of the main surface of the light absorption layer 203. And an optical waveguide 205 optically coupled to the second contact layer 202. In the second embodiment, the optical waveguide 205 is formed on the optical waveguide substrate 220 and includes a rib core 223 and a clad 224. FIG. 2 shows a cross section perpendicular to the waveguide direction of the optical waveguide 205.

実施の形態２では、光導波路基板２２０を構成する絶縁層２２１の上に形成されたシリコン層２２２の一部をパターニングすることで、リブ型の光導波路２０５が形成されている。光導波路２０５の領域では、絶縁層２２１がクラッドとして機能する。光導波路基板２２０は、例えば、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から構成することができる。ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が絶縁層２２１であり、表面シリコン層がシリコン層２２２である。シリコン層２２２において、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により、クラッド２２４となる領域に溝を形成し、公知の堆積技術により溝を酸化シリコンで充填することで、光導波路２０５が形成できる。   In the second embodiment, the rib-type optical waveguide 205 is formed by patterning a part of the silicon layer 222 formed on the insulating layer 221 constituting the optical waveguide substrate 220. In the region of the optical waveguide 205, the insulating layer 221 functions as a cladding. The optical waveguide substrate 220 can be made of, for example, a well-known SOI (Silicon on Insulator) substrate. The buried insulating layer of the SOI substrate is the insulating layer 221, and the surface silicon layer is the silicon layer 222. In the silicon layer 222, a groove is formed in a region to be the clad 224 by a known lithography technique and etching technique, and the groove is filled with silicon oxide by a known deposition technique, whereby the optical waveguide 205 can be formed.

上述した構成において、実施の形態２では、第２コンタクト層２０２が、平面視で光吸収層２０３より小さい面積とされて、平面視で光吸収層２０３の内側に配置されている。実施の形態２における受光素子においても、第２コンタクト層２０２を上述したように配置することにより電界閉じ込め効果を得ており、平面視の第２コンタクト層２０２の面積により、実効的な動作面積が支配されている。   In the configuration described above, in the second embodiment, the second contact layer 202 has an area smaller than that of the light absorbing layer 203 in plan view, and is disposed inside the light absorbing layer 203 in plan view. Also in the light receiving element in the second embodiment, the electric field confinement effect is obtained by arranging the second contact layer 202 as described above, and the effective operating area is obtained by the area of the second contact layer 202 in plan view. It is ruled.

なお、増倍層２０４は、第１導電型の電界制御層２１３と第２導電型の電界制御層２１４とに、積層方向に挟まれている。また、増倍層２０４（電界制御層２１３）と第１コンタクト層２０１との間には、電子走行層２１２が形成されている。上述した各層は、基板２１１の上に積層されている。第１コンタクト層２０１、電子走行層２１２、電界制御層２１３、増倍層２０４、電界制御層２１４、光吸収層２０３、第２コンタクト層２０２により、受光素子を構成している。   The multiplication layer 204 is sandwiched between the electric field control layer 213 of the first conductivity type and the electric field control layer 214 of the second conductivity type in the stacking direction. In addition, an electron transit layer 212 is formed between the multiplication layer 204 (electric field control layer 213) and the first contact layer 201. Each layer described above is stacked on a substrate 211. A light receiving element is constituted by the first contact layer 201, the electron transit layer 212, the electric field control layer 213, the multiplication layer 204, the electric field control layer 214, the light absorption layer 203, and the second contact layer 202.

なお、実施の形態２においては、平面視で、電子走行層２１２のメサが、増倍層２０４を含む電界制御層２１３、電界制御層２１４、光吸収層２０３からなるメサより、小さい面積とされている。また、前述したように、平面視で、第２コンタクト層２０２のメサは、光吸収層２０３のメサより小さい面積とされている。   In the second embodiment, the mesa of the electron transit layer 212 has a smaller area than the mesa formed of the electric field control layer 213 including the multiplication layer 204, the electric field control layer 214, and the light absorption layer 203 in plan view. ing. Further, as described above, in plan view, the mesa of the second contact layer 202 is smaller in area than the mesa of the light absorption layer 203.

また、第１半導体層２０３ａ、第２半導体層２１３ａ、第３半導体層２０４ａ、第４半導体層２１４ａ、第５半導体層２１２ａ、第６半導体層２０２ａの積層構造により、電流パス部２１５が形成されている。電流パス部２１５の第６半導体層２０２ａは、光導波路基板２２０のシリコン層２２２の所定領域に配置されるコンタクト領域に接続されている。   In addition, the current path portion 215 is formed by the stacked structure of the first semiconductor layer 203a, the second semiconductor layer 213a, the third semiconductor layer 204a, the fourth semiconductor layer 214a, the fifth semiconductor layer 212a, and the sixth semiconductor layer 202a. There is. The sixth semiconductor layer 202 a of the current path portion 215 is connected to a contact region disposed in a predetermined region of the silicon layer 222 of the optical waveguide substrate 220.

ここで、第１半導体層２０３ａは、光吸収層２０３と同一の層から構成されている。また、第２半導体層２１３ａは、電界制御層２１３と同一の層から構成されている。また、第３半導体層２０４ａは、増倍層２０４と同一の層から構成されている。また、第４半導体層２１４ａは、電界制御層２１４と同一の層から構成されている。また、第５半導体層２１２ａは、電子走行層２１２と同一の層から構成されている。また、第６半導体層２０２ａは、第２コンタクト層２０２と同一の層から構成されている。   Here, the first semiconductor layer 203 a is composed of the same layer as the light absorption layer 203. Further, the second semiconductor layer 213 a is formed of the same layer as the electric field control layer 213. The third semiconductor layer 204 a is formed of the same layer as the multiplication layer 204. In addition, the fourth semiconductor layer 214 a is formed of the same layer as the electric field control layer 214. The fifth semiconductor layer 212 a is formed of the same layer as the electron transit layer 212. Further, the sixth semiconductor layer 202 a is formed of the same layer as the second contact layer 202.

また、実施の形態２において、光導波路基板２２０のシリコン層２２２には、第２コンタクト層２０２との光結合領域から、電極２２８とのコンタクト領域にかけて、不純物導入領域２２６が形成されている。また、シリコン層２２２には、電流パス部２１５の第６半導体層２０２ａとのコンタクト領域から、電極２２９とのコンタクト領域にかけて、不純物導入領域２２７が形成されている。不純物導入領域２２６、不純物導入領域２２７は、選択的なイオン注入により形成すればよい。   In the second embodiment, the impurity introduced region 226 is formed in the silicon layer 222 of the optical waveguide substrate 220 from the light coupling region with the second contact layer 202 to the contact region with the electrode 228. In the silicon layer 222, an impurity introduced region 227 is formed from the contact region with the sixth semiconductor layer 202a of the current path portion 215 to the contact region with the electrode 229. The impurity introduced region 226 and the impurity introduced region 227 may be formed by selective ion implantation.

例えば、基板２１１は、ＩｎＰから構成されている。第１コンタクト層２０１は、ｐ型の不純物がドープされたＩｎＡｌＧａＡｓ（ｐ−ＩｎＡｌＧａＡｓ）から構成されている。第２コンタクト層２０２（第６半導体層２０２ａ）は、ｎ型の不純物がドープされたＩｎＰ（ｎ−ＩｎＰ）から構成されている。光吸収層２０３（第１半導体層２０３ａ）は、対象とする光を吸収する組成とされたＩｎＧａＡｓから構成されている。増倍層２０４（第３半導体層２０４ａ）は、ＩｎＡｌＡｓから構成されている。この場合、第１導電型はｐ型となり、第２導電型はｎ型となる。この構成の場合、増倍層２０４は、光吸収層２０３と第２コンタクト層２０２との間に配置される。   For example, the substrate 211 is made of InP. The first contact layer 201 is made of InAlGaAs (p-InAlGaAs) doped with a p-type impurity. The second contact layer 202 (sixth semiconductor layer 202a) is made of InP (n-InP) doped with an n-type impurity. The light absorption layer 203 (first semiconductor layer 203a) is made of InGaAs of a composition that absorbs light of interest. The multiplication layer 204 (third semiconductor layer 204a) is made of InAlAs. In this case, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. In this configuration, the multiplication layer 204 is disposed between the light absorption layer 203 and the second contact layer 202.

また、電子走行層２１２（第５半導体層２１２ａ）は、ＩｎＰから構成されている。電界制御層２１３（第２半導体層２１３ａ）は、ｐ型の不純物がドープされたＩｎＡｌＡｓ（ｐ−ＩｎＡｌＡｓ）から構成されている。電界制御層２１４（第４半導体層２１４ａ）は、ｎ型の不純物がドープされたＩｎＡｌＡｓ（ｎ−ＩｎＡｌＡｓ）から構成されている。   The electron transit layer 212 (fifth semiconductor layer 212a) is made of InP. The electric field control layer 213 (second semiconductor layer 213a) is made of InAlAs (p-InAlAs) doped with a p-type impurity. The electric field control layer 214 (fourth semiconductor layer 214a) is made of InAlAs (n-InAlAs) doped with n-type impurities.

上述した光導波路集積受光素子を作製するには、まず、例えば、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法などにより、上述した各化合物半導体を基板２１１の上に結晶成長して積層する。次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により各メサ形状にパターニングすることで、受光素子および電流パス部２１５が作製できる。この受光素子および電流パス部２１５が形成されている基板２１１と、光導波路２０５が形成されている光導波路基板２２０とを貼り合わせて一体とすることで、実施の形態２における光導波路集積受光素子が得られる。このとき、第２コンタクト層２０２および第６半導体層２０２ａと、これらに対応するシリコン層２２２の各コンタクト領域との位置が一致するように、基板２１１と光導波路基板２２０とを位置合わせして接合する。位置合わせにおいては、よく知られた位置合わせマークを用いればよい。また、基板２１１と光導波路基板２２０とを接合するには、一般的な表面活性化接合法を用いればよい。   In order to manufacture the optical waveguide integrated light receiving device described above, first, crystal growth of each compound semiconductor described above is performed on the substrate 211 by, for example, a well-known metalorganic vapor phase epitaxy method or molecular beam epitaxy method. Stack. Next, the light receiving element and the current path portion 215 can be manufactured by patterning each mesa shape by known lithography technology and etching technology. The optical waveguide integrated light receiving element in the second embodiment is formed by bonding the substrate 211 on which the light receiving element and the current path portion 215 are formed and the optical waveguide substrate 220 on which the optical waveguide 205 is formed. Is obtained. At this time, the substrate 211 and the optical waveguide substrate 220 are aligned and joined so that the positions of the second contact layer 202 and the sixth semiconductor layer 202a and the respective contact regions of the silicon layer 222 corresponding to them coincide with each other. Do. In alignment, well-known alignment marks may be used. Moreover, in order to bond the substrate 211 and the optical waveguide substrate 220, a general surface activation bonding method may be used.

上記構成とした実施の形態２における光導波路集積受光素子では、光導波路２０５を通過する入力信号光は、光導波路２０５と第２コンタクト層２０２との間で生じるエバネッセント波となって第２コンタクト層２０２を伝搬し、光吸収層２０３に入射され吸収される。   In the optical waveguide integrated light receiving element according to the second embodiment, the input signal light passing through the optical waveguide 205 becomes an evanescent wave generated between the optical waveguide 205 and the second contact layer 202, and the second contact layer It propagates through 202 and is incident on and absorbed by the light absorption layer 203.

光吸収層２０３において生じたフォトキャリアの内、正孔は、直ちに第１コンタクト層２０１に到達し、電流パス部２１５を経由し、光導波路基板２２０の不純物導入領域２２７を経由して電極２２９に到達する。増倍層２０４で生じた正孔も同様である。   Of the photocarriers generated in the light absorption layer 203, the holes immediately reach the first contact layer 201, pass through the current path portion 215, and pass through the impurity introduction region 227 of the optical waveguide substrate 220 to the electrode 229. To reach. The same applies to the holes generated in the multiplication layer 204.

一方、光吸収層２０３において生じたフォトキャリアの内、電子は、増倍層２０４におけるアバランシェ増倍を経て第２コンタクト層２０２に流れてコア２２３に到達し、光導波路基板２２０の不純物導入領域２２６を経由することで電極２２８に到達する。   On the other hand, among the photocarriers generated in the light absorption layer 203, electrons flow through avalanche multiplication in the multiplication layer 204 to the second contact layer 202 to reach the core 223, and the impurity introduced region 226 of the optical waveguide substrate 220. To reach the electrode 228.

実施の形態２においても、光導波路２０５と受光素子との光学的な結合点は、受光素子側において電界閉じ込めの効果を担う第２コンタクト層２０２となる。光導波路２０５は、光吸収層２０３とは空間的に分離されており、光導波路２０５が光吸収層２０３と光学的に直接結合することは無く、電界閉じ込めの効果を担う第２コンタクト層２０２を介してのみ光学的に結合する。   Also in the second embodiment, the optical coupling point between the optical waveguide 205 and the light receiving element is the second contact layer 202 having the effect of electric field confinement on the light receiving element side. The optical waveguide 205 is spatially separated from the light absorption layer 203, and the optical waveguide 205 is not optically coupled directly to the light absorption layer 203, and the second contact layer 202 responsible for the effect of electric field confinement is The optical coupling is only through.

また、実施の形態２では、受光素子を形成する基板２１１の側に配線や電極などを形成する特別な配線プロセスを行う必要はなく、光導波路基板２２０に簡便に電気配線を形成することが可能である。   Further, in the second embodiment, it is not necessary to perform a special wiring process for forming a wiring, an electrode, etc. on the side of the substrate 211 forming the light receiving element, and the electric wiring can be simply formed on the optical waveguide substrate 220. It is.

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態３における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the integrated light receiving device of the optical waveguide in the third embodiment of the present invention.

この光導波路集積受光素子は、まず、第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層２０１と、第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層２０２とを備える。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層２０１と第２コンタクト層２０２との間に形成された光吸収層２０３を備える。光吸収層２０３は、化合物半導体から構成される。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層２０１と第２コンタクト層２０２との間に形成された増倍層２０４を備える。増倍層２０４は、化合物半導体から構成される。増倍層２０４は、第１コンタクト層２０２と光吸収層２０３との間に形成されている。   First, the optical waveguide integrated light receiving element includes a first contact layer 201 made of a compound semiconductor of a first conductivity type and a second contact layer 202 made of a compound semiconductor of a second conductivity type. In addition, the optical waveguide integrated light receiving element includes a light absorption layer 203 formed between the first contact layer 201 and the second contact layer 202. The light absorption layer 203 is made of a compound semiconductor. The optical waveguide integrated light receiving element further includes a multiplication layer 204 formed between the first contact layer 201 and the second contact layer 202. The multiplication layer 204 is composed of a compound semiconductor. The multiplication layer 204 is formed between the first contact layer 202 and the light absorption layer 203.

また、この光導波路集積受光素子は、第２コンタクト層２０２の、光吸収層２０３が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が光吸収層２０３の主表面の平面に平行な方向とされて、第２コンタクト層２０２に光学的に結合する光導波路２０５を備える。実施の形態３において、光導波路２０５は、光導波路基板２２０に形成され、リブ型のコア２２３とクラッド２２４とを備える。図３は、光導波路２０５の導波方向に垂直な断面を示している。   Further, this optical waveguide integrated light receiving element is disposed on the side opposite to the side on which the light absorption layer 203 is disposed of the second contact layer 202, and the waveguide direction is parallel to the plane of the main surface of the light absorption layer 203. And an optical waveguide 205 optically coupled to the second contact layer 202. In the third embodiment, the optical waveguide 205 is formed on the optical waveguide substrate 220 and includes a rib core 223 and a clad 224. FIG. 3 shows a cross section perpendicular to the waveguide direction of the optical waveguide 205.

なお、光導波路基板２２０を構成する絶縁層２２１の上に形成されたシリコン層２２２の一部をパターニングすることで、リブ型の光導波路２０５が形成されている。光導波路２０５の領域では、絶縁層２２１がクラッドとして機能する。   The rib-type optical waveguide 205 is formed by patterning a part of the silicon layer 222 formed on the insulating layer 221 constituting the optical waveguide substrate 220. In the region of the optical waveguide 205, the insulating layer 221 functions as a cladding.

また、第２コンタクト層２０２は、平面視で光吸収層２０３より小さい面積とされて、平面視で光吸収層２０３の内側に配置されている。実施の形態３における受光素子においても、第２コンタクト層２０２により電界閉じ込め効果を得ており、平面視の第２コンタクト層２０２の面積により、実効的な動作面積が支配されている。   Further, the second contact layer 202 has an area smaller than that of the light absorbing layer 203 in a plan view, and is disposed inside the light absorbing layer 203 in a plan view. Also in the light receiving element in the third embodiment, the electric field confinement effect is obtained by the second contact layer 202, and the effective operating area is controlled by the area of the second contact layer 202 in plan view.

また、増倍層２０４は、第１導電型の電界制御層２１３と第２導電型の電界制御層２１４とに、積層方向に挟まれている。また、増倍層２０４（電界制御層２１３）と第１コンタクト層２０１との間には、電子走行層２１２が形成されている。上述した各層は、基板２１１の上に積層されている。第１コンタクト層２０１、電子走行層２１２、電界制御層２１３、増倍層２０４、電界制御層２１４、光吸収層２０３、第２コンタクト層２０２により、受光素子を構成している。   Further, the multiplication layer 204 is sandwiched between the electric field control layer 213 of the first conductivity type and the electric field control layer 214 of the second conductivity type in the stacking direction. In addition, an electron transit layer 212 is formed between the multiplication layer 204 (electric field control layer 213) and the first contact layer 201. Each layer described above is stacked on a substrate 211. A light receiving element is constituted by the first contact layer 201, the electron transit layer 212, the electric field control layer 213, the multiplication layer 204, the electric field control layer 214, the light absorption layer 203, and the second contact layer 202.

なお、平面視で、電子走行層２１２のメサが、増倍層２０４を含む電界制御層２１３、電界制御層２１４、光吸収層２０３からなるメサより、小さい面積とされている。また、前述したように、平面視で、第２コンタクト層２０２のメサは、光吸収層２０３のメサより小さい面積とされている。   The area of the mesa of the electron transit layer 212 is smaller than that of the mesa formed of the electric field control layer 213 including the multiplication layer 204, the electric field control layer 214, and the light absorption layer 203 in plan view. Further, as described above, in plan view, the mesa of the second contact layer 202 is smaller in area than the mesa of the light absorption layer 203.

また、第１半導体層２０３ａ、第２半導体層２１３ａ、第３半導体層２０４ａ、第４半導体層２１４ａ、第５半導体層２１２ａ、第６半導体層２０２ａの積層構造により、電流パス部２１５が形成されている。電流パス部２１５の第６半導体層２０２ａは、光導波路基板２２０のシリコン層２２２の所定領域に配置されるコンタクト領域に接続されている。   In addition, the current path portion 215 is formed by the stacked structure of the first semiconductor layer 203a, the second semiconductor layer 213a, the third semiconductor layer 204a, the fourth semiconductor layer 214a, the fifth semiconductor layer 212a, and the sixth semiconductor layer 202a. There is. The sixth semiconductor layer 202 a of the current path portion 215 is connected to a contact region disposed in a predetermined region of the silicon layer 222 of the optical waveguide substrate 220.

ここで、第１半導体層２０３ａは、光吸収層２０３と同一の層から構成されている。また、第２半導体層２１３ａは、電界制御層２１３と同一の層から構成されている。また、第３半導体層２０４ａは、増倍層２０４と同一の層から構成されている。また、第４半導体層２１４ａは、電界制御層２１４と同一の層から構成されている。また、第５半導体層２１２ａは、電子走行層２１２と同一の層から構成されている。また、第６半導体層２０２ａは、第２コンタクト層２０２と同一の層から構成されている。   Here, the first semiconductor layer 203 a is composed of the same layer as the light absorption layer 203. Further, the second semiconductor layer 213 a is formed of the same layer as the electric field control layer 213. The third semiconductor layer 204 a is formed of the same layer as the multiplication layer 204. In addition, the fourth semiconductor layer 214 a is formed of the same layer as the electric field control layer 214. The fifth semiconductor layer 212 a is formed of the same layer as the electron transit layer 212. Further, the sixth semiconductor layer 202 a is formed of the same layer as the second contact layer 202.

また、実施の形態３において、光導波路基板２２０のシリコン層２２２には、第２コンタクト層２０２との光結合領域から、電極２２８とのコンタクト領域にかけて、不純物導入領域２２６が形成されている。また、シリコン層２２２には、電流パス部２１５の第６半導体層２０２ａとのコンタクト領域から、電極２２９とのコンタクト領域にかけて、不純物導入領域２２７が形成されている。   In the third embodiment, the impurity introduced region 226 is formed in the silicon layer 222 of the optical waveguide substrate 220 from the light coupling region with the second contact layer 202 to the contact region with the electrode 228. In the silicon layer 222, an impurity introduced region 227 is formed from the contact region with the sixth semiconductor layer 202a of the current path portion 215 to the contact region with the electrode 229.

上記構成は、前述した実施の形態２と同様である。実施の形態３では、第２コンタクト層２０２（第６半導体層２０２ａ）と電子走行層２１２（第５半導体層２１２ａ）との間に、光マッチング層２１６（第７半導体層２１６ａ）を備える。   The above configuration is the same as that of the second embodiment described above. In the third embodiment, the light matching layer 216 (seventh semiconductor layer 216a) is provided between the second contact layer 202 (sixth semiconductor layer 202a) and the electron transit layer 212 (fifth semiconductor layer 212a).

以下、光マッチング層２１６について説明する。光導波路２０５から、エバネッセント光が第２コンタクト層２０２を介して光吸収層２０３に伝搬される場合、バット結合型ほどの局所的な光吸収は生じないが、光学的な結合が開始する領域においては、一定の光吸収の集中による光電流の集中が生じる。このような局所的な光電流の集中は、ＡＰＤの信頼性を劣化させるだけではなく、光吸収層２０３における局所的な空間電荷効果に伴い、ＡＰＤの光入力強度に対する電気出力強度の線形性を著しく損なう恐れがある（非特許文献７参照）。   The light matching layer 216 will be described below. When evanescent light is propagated from the optical waveguide 205 to the light absorption layer 203 through the second contact layer 202, local light absorption does not occur as much as that of the butt coupling type, but in a region where optical coupling starts There is a concentration of photocurrent due to the concentration of constant light absorption. Such local concentration of the photocurrent not only degrades the reliability of the APD, but also causes the linearity of the electrical output intensity to the light input intensity of the APD due to the local space charge effect in the light absorption layer 203. There is a possibility that it may be significantly impaired (see Non-Patent Document 7).

上述した局所的な光吸収の集中を防ぐためには、光導波路２０５と光吸収層２０３との間のエバネッセント光による光学的な結合の効率を低下させることが有効である。光導波路２０５と光吸収層２０３との間に存在する各半導体層の層厚を適切に設計することにより、光導波路２０５と光吸収層２０３の間の光結合効率は制御することが可能となる。   In order to prevent the above-described local concentration of light absorption, it is effective to reduce the efficiency of optical coupling by evanescent light between the optical waveguide 205 and the light absorption layer 203. By appropriately designing the layer thickness of each semiconductor layer existing between the optical waveguide 205 and the light absorption layer 203, it becomes possible to control the light coupling efficiency between the optical waveguide 205 and the light absorption layer 203. .

ただし、増倍層２０４や電子走行層２１２の層厚を変化させることは、ＡＰＤの利得帯域積（ＧＢＰ）や走行帯域を左右することになり、ＡＰＤに一定の帯域性能を付与するためには、これらの層厚を任意に設計することはできない。なお、走行帯域は、キャリアの走行時間によって決定されるｆ３ｄＢ（intrinsic f3dB）である。   However, changing the layer thickness of the multiplication layer 204 or the electron traveling layer 212 affects the gain band product (GBP) of the APD and the traveling band, and in order to provide the APD with a certain band performance, , These layer thicknesses can not be designed arbitrarily. The travel band is f3 dB (intrinsic f3 dB) determined by the travel time of the carrier.

実施の形態３では、光導波路２０５と結合する第２コンタクト層２０２のメサにおいて、第２コンタクト層２０２と同じ導電型の光マッチング層２１６を、適切な層厚で挿入することで、上述した光結合効率を制御する。   In the third embodiment, in the mesa of the second contact layer 202 coupled to the optical waveguide 205, the light described above is inserted by inserting the light matching layer 216 of the same conductivity type as the second contact layer 202 with an appropriate layer thickness. Control coupling efficiency.

光マッチング層２１６は、第２コンタクト層２０２と同じ導電型としているため、キャリアは、光マッチング層２１６に到達した時点で、光マッチング層２１６から第２コンタクト層２０２までは誘電緩和により移動するため、キャリア走行時間にはほとんど影響を与えない。従って、光マッチング層２１６の層厚を、光導波路２０５と光吸収層２０３との間の任意の光学的な結合の効率を得られるよう設計しても、動作帯域には影響を与えることはない。   Since the light matching layer 216 has the same conductivity type as the second contact layer 202, carriers move from the light matching layer 216 to the second contact layer 202 by dielectric relaxation when reaching the light matching layer 216. , There is almost no impact on carrier travel time. Therefore, even if the layer thickness of the light matching layer 216 is designed to obtain the efficiency of any optical coupling between the light waveguide 205 and the light absorption layer 203, it does not affect the operating band. .

また、光マッチング層２１６におけるドーピング濃度は、第２コンタクト層２０２以下とすることにより、光マッチング層２１６における自由キャリア吸収を抑制し、より効率的な光吸収層２０３への光学的な結合が可能になる。結果として、前述した実施例１，２と同様に、実施の形態３においても、高速高感度性と高信頼性が両立できる。加えて、実施の形態３によれば、光電流の集中に伴う線形性の劣化を抑制することが可能となる。   Further, by setting the doping concentration in the light matching layer 216 to be equal to or lower than the second contact layer 202, free carrier absorption in the light matching layer 216 can be suppressed, and optical coupling to the light absorption layer 203 can be performed more efficiently. become. As a result, as in the first and second embodiments described above, the third embodiment can achieve both high speed and high sensitivity and high reliability. In addition, according to the third embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the linearity caused by the concentration of the photocurrent.

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態４における光導波路集積受光素子の構成を示す断面図である。Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the integrated light receiving device of the optical waveguide in the fourth embodiment of the present invention.

この光導波路集積受光素子は、まず、第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層２０１と、第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層２０２とを備える。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層２０１と第２コンタクト層２０２との間に形成された光吸収層２０３を備える。光吸収層２０３は、化合物半導体から構成される。また、この光導波路集積受光素子は、第１コンタクト層２０１と第２コンタクト層２０２との間に形成された増倍層２０４を備える。増倍層２０４は、化合物半導体から構成される。また、増倍層２０４は、第１コンタクト層２０２と光吸収層２０３との間に形成されている。   First, the optical waveguide integrated light receiving element includes a first contact layer 201 made of a compound semiconductor of a first conductivity type and a second contact layer 202 made of a compound semiconductor of a second conductivity type. In addition, the optical waveguide integrated light receiving element includes a light absorption layer 203 formed between the first contact layer 201 and the second contact layer 202. The light absorption layer 203 is made of a compound semiconductor. The optical waveguide integrated light receiving element further includes a multiplication layer 204 formed between the first contact layer 201 and the second contact layer 202. The multiplication layer 204 is composed of a compound semiconductor. Also, the multiplication layer 204 is formed between the first contact layer 202 and the light absorption layer 203.

また、この光導波路集積受光素子は、第２コンタクト層２０２の、光吸収層２０３が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が光吸収層２０３の主表面の平面に平行な方向とされて第２コンタクト層２０２に光学的に結合する光導波路２０５を備える。実施の形態４において、光導波路２０５は、光導波路基板２２０に形成され、リブ型のコア２２３とクラッド２２４とを備える。図４は、光導波路２０５の導波方向に垂直な平面の断面を示している。   Further, this optical waveguide integrated light receiving element is disposed on the side opposite to the side on which the light absorption layer 203 is disposed of the second contact layer 202, and the waveguide direction is parallel to the plane of the main surface of the light absorption layer 203. And an optical waveguide 205 optically coupled to the second contact layer 202. In the fourth embodiment, the optical waveguide 205 is formed on the optical waveguide substrate 220 and includes a rib core 223 and a clad 224. FIG. 4 shows a cross section of a plane perpendicular to the waveguide direction of the optical waveguide 205.

なお、光導波路基板２２０を構成する絶縁層２２１の上に形成されたシリコン層２２２の一部をパターニングすることで、リブ型の光導波路２０５が形成されている。光導波路２０５の領域では、絶縁層２２１がクラッドとして機能する。   The rib-type optical waveguide 205 is formed by patterning a part of the silicon layer 222 formed on the insulating layer 221 constituting the optical waveguide substrate 220. In the region of the optical waveguide 205, the insulating layer 221 functions as a cladding.

また、第２コンタクト層２０２は、平面視で光吸収層２０３より小さい面積とされて、平面視で光吸収層２０３の内側に配置されている。実施の形態４における受光素子においても、第２コンタクト層２０２を上述したように配置することにより電界閉じ込め効果を得ており、平面視の第２コンタクト層２０２の面積により、実効的な動作面積が支配されている。   Further, the second contact layer 202 has an area smaller than that of the light absorbing layer 203 in a plan view, and is disposed inside the light absorbing layer 203 in a plan view. Also in the light receiving element in the fourth embodiment, the electric field confinement effect is obtained by arranging the second contact layer 202 as described above, and the effective operating area is obtained by the area of the second contact layer 202 in plan view. It is ruled.

また、増倍層２０４は、第１導電型の電界制御層２１３と第２導電型の電界制御層２１４とに、積層方向に挟まれている。また、増倍層２０４（電界制御層２１３）と第１コンタクト層２０１との間には、電子走行層２１２が形成されている。上述した各層は、基板２１１の上に積層されている。第１コンタクト層２０１、電子走行層２１２、電界制御層２１３、増倍層２０４、電界制御層２１４、光吸収層２０３、第２コンタクト層２０２により、受光素子を構成している。   Further, the multiplication layer 204 is sandwiched between the electric field control layer 213 of the first conductivity type and the electric field control layer 214 of the second conductivity type in the stacking direction. In addition, an electron transit layer 212 is formed between the multiplication layer 204 (electric field control layer 213) and the first contact layer 201. Each layer described above is stacked on a substrate 211. A light receiving element is constituted by the first contact layer 201, the electron transit layer 212, the electric field control layer 213, the multiplication layer 204, the electric field control layer 214, the light absorption layer 203, and the second contact layer 202.

なお、平面視で、電子走行層２１２のメサが、増倍層２０４を含む電界制御層２１３、電界制御層２１４、光吸収層２０３からなるメサより、小さい面積とされている。また、前述したように、平面視で、第２コンタクト層２０２のメサは、光吸収層２０３のメサより小さい面積とされている。   The area of the mesa of the electron transit layer 212 is smaller than that of the mesa formed of the electric field control layer 213 including the multiplication layer 204, the electric field control layer 214, and the light absorption layer 203 in plan view. Further, as described above, in plan view, the mesa of the second contact layer 202 is smaller in area than the mesa of the light absorption layer 203.

また、第１半導体層２０３ａ、第２半導体層２１３ａ、第３半導体層２０４ａ、第４半導体層２１４ａ、第５半導体層２１２ａ、第６半導体層２０２ａの積層構造により、電流パス部２１５が形成されている。電流パス部２１５の第６半導体層２０２ａは、光導波路基板２２０のシリコン層２２２の電極２２９の近傍のコンタクト領域（不純物導入領域２２７）に接続されている。   In addition, the current path portion 215 is formed by the stacked structure of the first semiconductor layer 203a, the second semiconductor layer 213a, the third semiconductor layer 204a, the fourth semiconductor layer 214a, the fifth semiconductor layer 212a, and the sixth semiconductor layer 202a. There is. The sixth semiconductor layer 202 a of the current path portion 215 is connected to the contact region (impurity introduction region 227) in the vicinity of the electrode 229 of the silicon layer 222 of the optical waveguide substrate 220.

ここで、第１半導体層２０３ａは、光吸収層２０３と同一の層から構成されている。また、第２半導体層２１３ａは、電界制御層２１３と同一の層から構成されている。また、第３半導体層２０４ａは、増倍層２０４と同一の層から構成されている。また、第４半導体層２１４ａは、電界制御層２１４と同一の層から構成されている。また、第５半導体層２１２ａは、電子走行層２１２と同一の層から構成されている。また、第６半導体層２０２ａは、第２コンタクト層２０２と同一の層から構成されている。   Here, the first semiconductor layer 203 a is composed of the same layer as the light absorption layer 203. Further, the second semiconductor layer 213 a is formed of the same layer as the electric field control layer 213. The third semiconductor layer 204 a is formed of the same layer as the multiplication layer 204. In addition, the fourth semiconductor layer 214 a is formed of the same layer as the electric field control layer 214. The fifth semiconductor layer 212 a is formed of the same layer as the electron transit layer 212. Further, the sixth semiconductor layer 202 a is formed of the same layer as the second contact layer 202.

また、実施の形態４において、光導波路基板２２０のシリコン層２２２には、第２コンタクト層２０２と光学的に結合する領域から、電極２２８と接する領域にかけて、不純物導入領域２２６が形成されている。また、シリコン層２２２には、電流パス部２１５の第６半導体層２０２ａと接する領域から、電極２２９と接する領域にかけて、不純物導入領域２２７が形成されている。   In the fourth embodiment, the impurity introduced region 226 is formed in the silicon layer 222 of the optical waveguide substrate 220 from the region optically coupled to the second contact layer 202 to the region in contact with the electrode 228. In the silicon layer 222, an impurity introduced region 227 is formed from the region in contact with the sixth semiconductor layer 202a of the current path portion 215 to the region in contact with the electrode 229.

上記構成は、前述した実施の形態２と同様である。実施の形態４では、受光素子の側面を覆うパッシベーション層２１７を備える。パッシベーション層２１７の屈折率は、受光素子を形成する半導体材料の屈折率よりも小さい。具体的には、ＳｉＯ2であればよい。The above configuration is the same as that of the second embodiment described above. In the fourth embodiment, a passivation layer 217 covering the side surface of the light receiving element is provided. The refractive index of the passivation layer 217 is smaller than the refractive index of the semiconductor material forming the light receiving element. Specifically, it may be SiO 2 .

実施の形態４においても前述した実施の形態２，３と同様であり、基本的な動作原理は、光導波路２０５から入射される信号光が、受光素子における電界閉じ込め部分となる第２コンタクト層２０２に光学的に結合することによって、光吸収層２０３に効率的に信号光を入射するものである。   The fourth embodiment is the same as the second and third embodiments described above, and the basic operation principle is that the second contact layer 202 where the signal light incident from the optical waveguide 205 becomes an electric field confinement portion in the light receiving element. The signal light is efficiently incident on the light absorption layer 203 by optically coupling to the

しかしながら、受光素子の側面または表面の雰囲気や、パッシベーション層２１７に用いる材料によっては、受光素子内に取り込まれた信号光が、受光素子の外部へと漏れ出る可能性がある。特に、受光素子の中の最も小さいメサにおいては、光の結合モード次第では、メサの外側にまでモードが発生する懸念がある。この場合、メサの外側に染み出した光はロスとなるため、所望の受光感度が得られない。   However, depending on the atmosphere on the side surface or the surface of the light receiving element and the material used for the passivation layer 217, the signal light taken into the light receiving element may leak to the outside of the light receiving element. In particular, in the smallest mesa in the light receiving element, depending on the coupled mode of light, there is a concern that the mode may occur outside the mesa. In this case, the light leaked to the outside of the mesa is a loss, so that the desired light reception sensitivity can not be obtained.

よく知られているように、実使用環境などより受光素子の部分を保護するためには、パッシベーション層２１７が重要となる。しかしながら、上述したメサ外側への光の染み出しは、受光素子を構成する半導体材料とパッシベーション層２１７を構成する材料との屈折率差が小さいと顕著に発生することになる。   As well known, the passivation layer 217 is important in order to protect the part of the light receiving element more than the actual use environment. However, the above-described exudation of light to the outside of the mesa occurs notably when the difference in refractive index between the semiconductor material forming the light receiving element and the material forming the passivation layer 217 is small.

従って、パッシベーション層２１７は、受光素子を構成する半導体材料との間で大きな屈折率差が得られるように、より小さい屈折率の材料から構成する。このようにすることで、受光素子保護のためにパッシベーション層２１７を形成しても、受光素子からの光の漏れ出しを抑制し、より効率的に光導波路２０５からの入射光を光吸収層２０３へと注入することが可能となる。   Therefore, the passivation layer 217 is made of a material having a smaller refractive index so as to obtain a large refractive index difference with the semiconductor material constituting the light receiving element. By so doing, even if the passivation layer 217 is formed to protect the light receiving element, leakage of light from the light receiving element is suppressed, and light incident from the optical waveguide 205 can be more efficiently absorbed by the light absorbing layer 203. It is possible to inject into.

以上に説明したように、本発明によれば、光導波路の側に配置される第２コンタクト層は、平面視で光吸収層より小さい面積とされて、平面視で光吸収層の内側に配置されているようにしたので、素子の電界は、面積が最も小さい第２コンタクト層によって狭窄される。すなわち、第２コンタクト層の真下の領域が、平面視での本素子の実効的な動作領域に当たる。この第２コンタクト層を介して、導波路からの信号光は、光吸収層に伝搬される。よって、本発明によれば、電界閉じ込め構造の光導波路型フォトダイオードにおける損失が抑制できるようになる。   As described above, according to the present invention, the second contact layer disposed on the side of the optical waveguide has an area smaller than the light absorption layer in plan view, and is disposed inside the light absorption layer in plan view As a result, the electric field of the device is narrowed by the second contact layer having the smallest area. That is, the region directly below the second contact layer corresponds to the effective operating region of the device in plan view. Signal light from the waveguide is propagated to the light absorption layer via the second contact layer. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the loss in the optical waveguide type photodiode of the electric field confinement structure.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be made by those skilled in the art within the technical concept of the present invention. It is clear.

例えば、上述では、受光素子を構成する半導体として、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体を例示したがこれに限定されることはない。また、光導波路を構成する材料についても、シリコンおよび酸化シリコンに限定されるものではない。   For example, in the above description, III-V group semiconductors such as InP, InGaAs, InAlAs, etc. have been exemplified as the semiconductor constituting the light receiving element, but the present invention is not limited thereto. Further, the material constituting the optical waveguide is not limited to silicon and silicon oxide.

また、受光素子と光導波路基板とをウエハ接合により一体とする場合を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、受光素子を構成する半導体をシリコンおよびゲルマニウムとし、シリコンコアによる光導波路基板の上にモノリシックに受光素子を作製してもよい。また、光導波路を構成する材料をＩｎＰとして、光導波路基板の上に受光素子をモノリシックに作製してもよい。   Although the case where the light receiving element and the optical waveguide substrate are integrated by wafer bonding has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, the semiconductors constituting the light receiving element may be silicon and germanium, and the light receiving element may be fabricated monolithically on an optical waveguide substrate with a silicon core. Alternatively, the material forming the optical waveguide may be InP, and the light receiving element may be monolithically formed on the optical waveguide substrate.

また光導波路への入射部、光吸収層の端部に適切に反射層や反射防止層を適用することは一般的な設計事項の範疇であり、本発明の一般性を失わない。また、コンタクト層や増倍層／光吸収層間に、オーミック抵抗の低減やバンドアライメントの観点から任意の層を採用することに関しては、本発明の一般性を損なうものではなく、半導体装置一般に適用される設計的事項である。   In addition, applying a reflective layer or an antireflective layer appropriately to the incident portion to the optical waveguide and the end portion of the light absorption layer is a general design item, and the generality of the present invention is not lost. Further, the adoption of an arbitrary layer from the viewpoint of reduction of ohmic resistance and band alignment between the contact layer and the multiplication layer / light absorption layer does not impair the generality of the present invention, and is generally applied to semiconductor devices. Design matters.

また、本発明を説明する例では、コンタクト層をｐ型、ｎ型に対してそれぞれ１種類の層で構成するように例示したが、これに限るものではない。実際には、コンタクト層のシート抵抗とコンタクト抵抗を低減しながらも良好な結晶品質を得るために、コンタクト層を複数の層で構成する場合もある。例えば、層厚が厚く不純物濃度が比較的小さい主たるコンタクト層と、薄く不純物濃度が高いサブコンタクト層とから構成すればよい。主たるコンタクト層は、シート抵抗の低減および良好な結晶品質の確保のための層であり、例えば、厚さ数１００ｎｍとし、不純物濃度を１８乗台とする。また、サブコンタクト層は、金属と直接接触する層であり、コンタクト抵抗の低減および良好な結晶品質の確保の為、厚さ数１０ｎｍとし、不純物濃度１９乗台とする。このような複数の層のコンタクト層としても、本発明の一般性を失わない。   Further, in the example for describing the present invention, the contact layer is illustrated as being configured with one type of layer for each of p-type and n-type, but it is not limited to this. In practice, the contact layer may be composed of a plurality of layers in order to obtain good crystal quality while reducing the sheet resistance and the contact resistance of the contact layer. For example, the main contact layer having a large layer thickness and a relatively low impurity concentration, and the sub-contact layer having a small impurity concentration and a high impurity concentration may be used. The main contact layer is a layer for reducing the sheet resistance and securing a good crystal quality. For example, the thickness is several hundred nm, and the impurity concentration is on the order of an 18th power. The sub-contact layer is a layer in direct contact with metal, and has a thickness of several tens nm and an impurity concentration of the order of 19 to reduce the contact resistance and secure the good crystal quality. Even with such multiple contact layers, the generality of the present invention is not lost.

１０１…第１コンタクト層、１０２…第２コンタクト層、１０３…光吸収層、１０４…増倍層、１０５…光導波路、１１１…基板、１１２…電子走行層、１１３…電界制御層、１１４…電界制御層、１５１…コア、１５２…クラッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... 1st contact layer, 102 ... 2nd contact layer, 103 ... Light absorption layer, 104 ... Multiplication layer, 105 ... Optical waveguide, 111 ... Substrate, 112 ... Electron traveling layer, 113 ... Electric field control layer, 114 ... Electric field Control layer, 151 ... core, 152 ... cladding.

Claims (4)

第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層と、
第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層と、
化合物半導体から構成されて前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との間に形成された光吸収層と、
化合物半導体から構成されて、前記第１コンタクト層および前記第２コンタクト層のいずれか１つと前記光吸収層との間に形成された増倍層と、
前記第２コンタクト層の前記光吸収層が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が前記光吸収層の平面に平行な方向とされて、前記第２コンタクト層に光学的に結合する光導波路と
を備え、
前記第２コンタクト層は、平面視で前記光吸収層より小さい面積とされて、平面視で前記光吸収層の内側に配置されている
ことを特徴とする光導波路集積受光素子。A first contact layer made of a compound semiconductor of a first conductivity type;
A second contact layer made of a compound semiconductor of a second conductivity type;
A light absorbing layer formed of a compound semiconductor and formed between the first contact layer and the second contact layer;
A multiplication layer formed of a compound semiconductor and formed between any one of the first contact layer and the second contact layer and the light absorption layer;
The second contact layer is disposed on the side opposite to the side on which the light absorbing layer is disposed, and the waveguiding direction is parallel to the plane of the light absorbing layer, and the second contact layer is optically And an optical waveguide coupled to the
The optical waveguide integrated light-receiving element, wherein the second contact layer has an area smaller than the light absorption layer in a plan view, and is disposed inside the light absorption layer in a plan view. 請求項１記載の光導波路集積受光素子において、
前記第２コンタクト層の、前記光吸収層が配置されている側に接して形成された第２導電型の光マッチング層を備え、
前記光マッチング層の不純物濃度は、前記第２コンタクト層の不純物濃度以下とされている
ことを特徴とする光導波路集積受光素子。In the optical waveguide integrated light receiving element according to claim 1,
And a second conductive type light matching layer formed in contact with the side of the second contact layer on which the light absorption layer is disposed.
The impurity concentration of the optical matching layer is equal to or less than the impurity concentration of the second contact layer. 請求項１または２記載の光導波路集積受光素子において、
前記第１コンタクト層、前記第２コンタクト層、前記光吸収層、前記増倍層を備える受光素子の側部を覆うパッシベーション層を備え、
前記パッシベーション層は、受光素子を構成する半導体より小さい屈折率とされている
ことを特徴とする光導波路集積受光素子。In the optical waveguide integrated light receiving element according to claim 1 or 2,
And a passivation layer covering the side of the light receiving element comprising the first contact layer, the second contact layer, the light absorbing layer, and the multiplication layer.
The optical waveguide integrated light-receiving element, wherein the passivation layer has a refractive index smaller than that of a semiconductor constituting the light-receiving element. 第１導電型の化合物半導体から構成された第１コンタクト層と、
第２導電型の化合物半導体から構成された第２コンタクト層と、
化合物半導体から構成されて前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との間に形成された光吸収層と、
化合物半導体から構成されて前記第１コンタクト層および前記第２コンタクト層のいずれか１つと前記光吸収層との間に形成された増倍層と
を備え、前記第２コンタクト層が、平面視で前記光吸収層より小さい面積とされて前記光吸収層の内側に配置されている受光素子を基板の上に作製する第１工程と、
光導波路を備える光導波路基板を作製する第２工程と、
前記基板と前記光導波路基板とをウエハ接合し、前記光導波路が、前記第２コンタクト層の前記光吸収層が配置されている側とは反対側に配置され、導波方向が前記光吸収層の平面に平行な方向とされて前記第２コンタクト層に光結合する状態とする第３工程と
を備えることを特徴とする光導波路集積受光素子の製造方法。A first contact layer made of a compound semiconductor of a first conductivity type;
A second contact layer made of a compound semiconductor of a second conductivity type;
A light absorbing layer formed of a compound semiconductor and formed between the first contact layer and the second contact layer;
And a multiplication layer formed of a compound semiconductor and formed between any one of the first contact layer and the second contact layer, and the light absorption layer, and the second contact layer has a plan view. A first step of fabricating on the substrate a light receiving element which has an area smaller than the light absorption layer and which is disposed inside the light absorption layer;
A second step of producing an optical waveguide substrate including the optical waveguide;
The substrate and the optical waveguide substrate are wafer-bonded to each other, and the optical waveguide is disposed on the side opposite to the side on which the light absorption layer of the second contact layer is disposed, and the waveguide direction is the light absorption layer A third step of forming a direction parallel to the plane of the light source and optically coupling to the second contact layer.
JP2018513153A 2016-04-19 2017-04-14 Optical waveguide integrated light receiving element and method of manufacturing the same Active JP6538969B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016083455 2016-04-19
JP2016083455 2016-04-19
PCT/JP2017/015244 WO2017183568A1 (en) 2016-04-19 2017-04-14 Optical waveguide integrated light receiving element and method for manufacturing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017183568A1 JPWO2017183568A1 (en) 2018-08-23
JP6538969B2 true JP6538969B2 (en) 2019-07-03

Family

ID=60116022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018513153A Active JP6538969B2 (en) 2016-04-19 2017-04-14 Optical waveguide integrated light receiving element and method of manufacturing the same

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10374107B2 (en)
EP (1) EP3447806B1 (en)
JP (1) JP6538969B2 (en)
CN (1) CN109075219B (en)
CA (1) CA3018953C (en)
WO (1) WO2017183568A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017019013A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Doped absorption devices
WO2018195168A2 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 University Of Virginia Patent Foundation Integrated photodiode with unique waveguide drift layer
CN108511468A (en) * 2018-05-16 2018-09-07 广东省半导体产业技术研究院 Light-sensitive device and preparation method thereof
CN108447877A (en) * 2018-05-16 2018-08-24 广东省半导体产业技术研究院 Plane light-sensitive device and preparation method thereof
CN114762131A (en) 2019-11-18 2022-07-15 日本电信电话株式会社 Avalanche photodiode

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04286168A (en) * 1991-03-14 1992-10-12 Fujitsu Ltd Avalanche photo-diode
JP2711055B2 (en) 1992-10-28 1998-02-10 日本電信電話株式会社 Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same
JPH06237009A (en) * 1993-02-12 1994-08-23 Hitachi Ltd Avalanche photodiode
JP2982619B2 (en) * 1994-06-29 1999-11-29 日本電気株式会社 Semiconductor optical waveguide integrated photodetector
JPH0832105A (en) * 1994-07-21 1996-02-02 Hitachi Ltd Optical semiconductor device
US6074892A (en) * 1996-05-07 2000-06-13 Ciena Corporation Semiconductor hetero-interface photodetector
JP4184162B2 (en) * 2002-10-30 2008-11-19 富士通株式会社 Semiconductor photo detector
CN1719677A (en) * 2004-07-09 2006-01-11 中国科学院半导体研究所 Aluminium indium phosphorus or AlGaInP material high power semiconductor lasers and manufacture method
JP4870518B2 (en) * 2006-10-24 2012-02-08 Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 Semiconductor optical modulator
JP2010010450A (en) * 2008-06-27 2010-01-14 Mitsubishi Electric Corp Waveguide type light receiving element
JP5655643B2 (en) * 2011-03-09 2015-01-21 富士通株式会社 Semiconductor optical integrated circuit device and manufacturing method thereof
CN103489953B (en) * 2013-09-09 2015-12-23 中国科学院半导体研究所 The avalanche photodetector of a kind of two step evanescent field coupling
JP2015162576A (en) * 2014-02-27 2015-09-07 住友電気工業株式会社 Semiconductor optical integrated element and semiconductor optical integrated element manufacturing method
CN104882509B (en) * 2015-04-05 2017-04-19 北京工业大学 Waveguide butt-coupling type separated absorption multiplication avalanche diode
DE102015210343B4 (en) * 2015-06-04 2018-05-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Semiconductor photodiode and method

Also Published As

Publication number Publication date
CA3018953A1 (en) 2017-10-26
US10374107B2 (en) 2019-08-06
EP3447806B1 (en) 2021-03-03
WO2017183568A1 (en) 2017-10-26
EP3447806A4 (en) 2019-12-04
CA3018953C (en) 2021-01-26
CN109075219B (en) 2022-01-28
EP3447806A1 (en) 2019-02-27
JPWO2017183568A1 (en) 2018-08-23
CN109075219A (en) 2018-12-21
US20190157472A1 (en) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6538969B2 (en) Optical waveguide integrated light receiving element and method of manufacturing the same
JP6480577B2 (en) Light receiving element and optical integrated circuit
US6963089B2 (en) Avalanche photo-detector with high saturation power and high gain-bandwidth product
JP5981086B2 (en) Photodetector
JP6793786B1 (en) Manufacturing method of semiconductor light receiving element, photoelectric fusion module and avalanche photodiode
WO2011083657A1 (en) Avalanche photodiode and receiver using same
US20060251375A1 (en) Semiconductor waveguide-based avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
CN111129201B (en) Photoelectric detector
CN111129168B (en) Photoelectric detector
JP2008153547A (en) Embedded waveguide-type photodetector
CN112018211B (en) Avalanche photodetector and preparation method thereof
US20140332918A1 (en) Enhancing the performance of light sensors that receive light signals from an integrated waveguide
JP6284195B2 (en) Light receiving element
CN111129202B (en) Photoelectric detector
JP6726248B2 (en) Semiconductor light receiving element and photoelectric fusion module
JP3285651B2 (en) Quantum well-based waveguide optical receivers of semiconductor materials, especially for coherent communication systems with variable polarization
JP7248146B2 (en) Light receiving device and manufacturing method thereof
JP7125822B2 (en) Optical semiconductor device and optical transmission device
US20230085007A1 (en) Photodetector and photonic integrated device
JP7318434B2 (en) Optical semiconductor device, optical transceiver using the same, and method for manufacturing optical semiconductor device
CN218769537U (en) Photon integrated gain detector structure
CN115425034A (en) Photon integrated gain detector structure
JP2013257455A (en) Waveguide-integrated photodiode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180425

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6538969

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150